專利名稱：太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器熱性能測試裝置及自動控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，中國的太陽能熱水器行業(yè)迅速發(fā)展，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，國內(nèi)企業(yè)也將目光投向海外市場，但我國的檢測標準還不能夠與國際標準接軌。中國專利2008102436679公開了一種混水排水法太陽能熱水器自動恒溫測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過數(shù)采設(shè)備對測試中各種參數(shù)進行監(jiān)測和記錄，采用二次加熱設(shè)備對恒溫水箱水溫進行控制，可以同時符合國際標準IS09459-2和國家標準GB/T19141-2003。但是該測試系統(tǒng)也存在以下不足，第一，二次電加熱設(shè)備設(shè)計繁瑣，不易操作控制；第二，管路結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，維護不便，對管路部件出現(xiàn)故障沒有保護措施；第三，熱水器測試臺沒有必要遮陽設(shè)備，影響測試精度；第四，人工手動操作可靠性、實時性不高，影響測試結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提出一種管路簡單、可自動控制全過程的太陽能熱水器熱性能檢測系統(tǒng)，同時滿足排水法和混水法的三項熱性能檢測實驗，自動控制恒溫水箱的水溫和管路流量穩(wěn)定，提高測試結(jié)果的準確性。本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案解決技術(shù)問題第一，根據(jù)國際標準中對恒溫水箱溫度要求在設(shè)定值士0. 2K，設(shè)計了恒溫水箱電加熱裝置，通過可控硅觸發(fā)的電子電路控制， 調(diào)節(jié)加熱功率，無需人為操作，實現(xiàn)自動控溫目的；第二，測試系統(tǒng)管路中設(shè)置了電動開關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥，電動開關(guān)閥實現(xiàn)了管路的雙向關(guān)斷，避免了因單向閥故障引起的水回流，提高了測試管路系統(tǒng)的安全性，電動調(diào)節(jié)閥的設(shè)計，可以實現(xiàn)實時動態(tài)調(diào)節(jié)管路水的流量，確保測試的精確度；第三，設(shè)計了熱水器測試臺架的自動遮陽裝置，提高測試過程精度；第四， 實現(xiàn)了測試系統(tǒng)的全自動智能化控制，避免因人為操作失誤引起的測試失敗，提高了測試的準確性。本發(fā)明測試系統(tǒng)主要包括放置在屋頂?shù)奶柲軣崴鳒y試臺架系統(tǒng)，管路系統(tǒng)及其全自動智能控制系統(tǒng)。1、所述的管路系統(tǒng)所述的管路系統(tǒng)包括1)恒溫水箱，與恒溫水箱連接的制冷系統(tǒng)，位于恒溫水箱外部的自循環(huán)系統(tǒng)，恒溫水箱底部電加熱裝置等。所述的恒溫水箱置于測試間室內(nèi)。所述的制冷系統(tǒng)包括制冷機組、離心泵和電磁閥。制冷機組放置于測試間外。制冷機組和恒溫水箱之間連接有電磁閥和離心泵，電磁閥和離心泵通過管路接入恒溫水箱下部右側(cè)壁的開孔，管路的另一端與制冷機組的進水口連接。制冷機組的出水口與恒溫水箱上部開口連接，形成制冷回路。所述的制冷系統(tǒng)用于冷卻恒溫水箱水溫。所述的恒溫水箱的底部開一孔，開孔處連接有管路，此管路通入恒溫水箱頂
4部的入水口，管路中連接了電磁閥和水泵，此自循環(huán)回路用于混合恒溫水，保證水溫的均勻一致。所述的電加熱裝置包括三組不銹鋼電阻棒，與外部電阻棒引線連接的三組可控硅及與可控硅連接的可控硅觸發(fā)器。三組不銹鋼電阻棒安裝在恒溫水箱底部，彼此間隔120°。 不銹鋼電阻棒用于對恒溫水箱內(nèi)的水進行調(diào)節(jié)加熱。本發(fā)明采用兩個溫度傳感器對恒溫水箱溫度進行恒溫控制，一個溫度傳感器安裝在恒溫水箱下部出水口處，用于控溫參考，另一個溫度傳感器安裝在恒溫水箱的中上部，用于系統(tǒng)出現(xiàn)故障時報警使用。2)蓄水水箱，蓄水水箱與恒溫水箱并排放置于測試間室內(nèi)。蓄水水箱底部開孔，恒溫水箱上部開孔，蓄水水箱和恒溫水箱之間通過管路連接，管路中連接有電磁閥和水泵。蓄水水箱用于對恒溫水箱的供水以及測試系統(tǒng)管路循環(huán)回水的存儲。3)恒溫水箱下部前方開一孔作為出水口，通過管路連接有電磁閥和水泵，水泵后面連接有流量控制系統(tǒng)，流量控制系統(tǒng)由流量計、電動調(diào)節(jié)閥及閥體控制器組成，閥體控制器固定在電動調(diào)節(jié)閥上，與流量計串聯(lián)接入管路；流量自動控制系統(tǒng)用于控制水的流量，保證測試精度。2、所述的太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)所述的測試臺架系統(tǒng)放置在測試間的屋頂。測試臺架系統(tǒng)包括金屬支架和太陽能熱水器，太陽能熱水器由太陽能集熱器和與之相連的蓄熱水箱組成。太陽能熱水器安裝在金屬支架上。在蓄熱水箱進水口連接的電動開關(guān)閥前分別連接兩路循環(huán)管路，一路循環(huán)管路中連接有電動開關(guān)閥，電動開關(guān)閥的一端連接自室內(nèi)延伸出的恒溫水箱出水口管路，另一端與蓄熱水箱出水口的管路連接。另外一路循環(huán)管路中連接有水泵和電磁閥，與蓄熱水箱形成一個自循環(huán)系統(tǒng)，保證水箱內(nèi)水溫均勻一致。所述的自動控制系統(tǒng)可以選擇打開管路中的電動開關(guān)閥或打開蓄熱水箱進水口處的電動開關(guān)閥，從而實現(xiàn)管路水循環(huán)或恒溫水箱向蓄熱水箱注水過程，打開電磁閥和水泵，實現(xiàn)蓄熱水箱的混水過程。蓄熱水箱的出水口管路連接到蓄水水箱的上部入水口，形成一路水循環(huán)。金屬支架上裝有風(fēng)幕機，太陽能集熱器配有自動遮陽裝置。進行混水測試時，無需等待太陽落山，只要蓄熱水箱內(nèi)水溫滿足要求，即可自動開啟遮陽設(shè)備，遮擋太陽能集熱器，進行實驗；當排水測試時，在設(shè)定的時間系統(tǒng)啟動排水時，自動開啟遮陽設(shè)備，保證集熱器無太陽輻射，提高測試的準確性。3、所述的全自動智能控制系統(tǒng)是根據(jù)國際標準要求的測試流程設(shè)計的一套自動控制方案，本發(fā)明使用可編程控制器PLC及組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、順序邏輯控制以及溫度和流量的實時調(diào)控等功能。


圖1是太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是太陽能熱水器熱性能測試臺架系統(tǒng)示意圖；圖3是電加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4日性能測試流程圖；圖5混水測試流程圖；圖6熱損失測試流程圖中1恒溫水箱，2蓄水水箱，3制冷機組，4電加熱裝置，5-1、5-2、5-4、5_5水泵， 5-3離心水泵，6電動調(diào)節(jié)閥及控制器，7-1、7-2、7-3電動開關(guān)閥及控制器，8_1、8_2、8_3、 8-4、8-5、8-6電磁閥，9-1、9-2、9-3手動閘閥，10蓄熱水箱，11太陽能集熱器，12自動遮陽裝置，13風(fēng)幕機，14流量計，15-1、15-2液位變送器，16-1、16-2、16-3、16-4、16-5溫度傳感器， 17總輻照表，18散射輻照表，19環(huán)境溫度傳感器，20風(fēng)速儀，21-1橡塑保溫材料，21-2石棉保溫材料，22溢流口，23過濾網(wǎng)，對伴熱帶，25恒溫水箱入水口，沈可控硅觸發(fā)器，27-1、 27-2,27-3可控硅電路板，28-1、沘-2、28-3不銹鋼電阻棒。
具體實施例方式本發(fā)明太陽能熱水器熱性能自動測試控制系統(tǒng)包括太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)， 管路系統(tǒng)及其全自動智能控制系統(tǒng)。1、所述的管路系統(tǒng)連接太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)中的蓄熱水箱，并與恒溫水箱、蓄水水箱形成回路。如圖1所示，所述的管路系統(tǒng)包括恒溫水箱1，與恒溫水箱1連接的制冷系統(tǒng)，位于恒溫水箱1外部的自循環(huán)系統(tǒng)，恒溫水箱底部電加熱裝置等。恒溫水箱1和蓄水水箱2并排放置。恒溫水箱1的左側(cè)上部開孔，蓄水水箱2右側(cè)低處開孔，兩個開孔之間通過管路連接，管路中連接有第二電磁閥8-2和第四水泵5-4。 該管路用于蓄水水箱2向恒溫水箱1補水。恒溫水箱1右側(cè)壁開有三個開孔，其中右下壁的前后方各開一孔，右側(cè)壁的高處后方開一孔；右下壁的后方開孔處通過管路連接制冷機組3進水口，管路中間連接有第三電磁閥8-3和第三水泵5-3，此管路的另一端與制冷機組 3的進水口連接。右側(cè)壁高處后方的開孔與制冷機組3的出水口連接，形成制冷回路。制冷機組3置于室外。恒溫水箱1右下壁的前方開口為恒溫水箱1的出水口，恒溫水箱1為置于屋頂?shù)奶柲軣崴鳒y試臺架系統(tǒng)中的蓄熱水箱10提供恒溫水。在恒溫水箱1的底部開一孔，開孔處接有管路，此管路通入恒溫水箱1頂部入水口 25，此管路中間連接有第一水泵5-1和第一電磁閥8-1，形成恒溫水箱1的自循環(huán)系統(tǒng)，此自循環(huán)系統(tǒng)用于水箱混水，保證恒溫水箱1內(nèi)水溫均勻一致。如圖3所示，所述的電加熱裝置4包括三組不銹鋼電阻棒、28-2、觀-3，三組可控硅27-1、27-2、27-3和可控硅觸發(fā)器洸。三組不銹鋼電阻棒沘-1、28_2、沘-3間隔120° 安裝在恒溫水箱底部。三組不銹鋼電阻棒的接線端置于恒溫水箱1的外部，三組不銹鋼電阻棒的a、b、c三相并聯(lián)后分別連接三組可控硅27-1、27-2、27-3，三組可控硅的接線端與可控硅觸發(fā)器沈的觸發(fā)極1、2、3對應(yīng)接線端子Gil、G12，G21、G22，G31、G32相接，可控硅觸發(fā)器沈的正負控制端與可編程控制器PLC連接，三組可控硅的另一端連接380V供電的A、 B、C三相。電加熱裝置4用于調(diào)節(jié)不銹鋼電阻棒的輸出功率，進而以不同速率加熱水的溫度。本發(fā)明采用兩個溫度傳感器對恒溫水箱溫度進行恒溫控制，一個溫度傳感器16-2安裝在恒溫水箱1下部出水口處，用于控溫參考，另一個溫度傳感器16-1安裝在恒溫水箱1的中上部，用于系統(tǒng)出現(xiàn)故障時報警。所述的恒溫水箱1出水口管路從室內(nèi)伸出，出水口管路連接有第一電動開關(guān)閥 7-1。蓄熱水箱10的進水口前連接第二電動開關(guān)閥7-2，第二電動開關(guān)閥7-2的另一端通過管路連接第一電動開關(guān)閥7-1 ；蓄熱水箱10的出水口管路返回測試間，連接到蓄水水箱的上部入水口，管路中間連接第五和第四電磁閥8-5、8-4，形成一路水循環(huán)。所述的恒溫水箱1的出水口通過室內(nèi)管路，連接有第二水泵5-2、流量電動調(diào)節(jié)閥及控制器6和流量計14 ；可編程控制器PLC通過流量計14得到實時流量值，與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較，發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥開啟到指定位置?？删幊炭刂破鱌LC通過實時監(jiān)測流量變化，隨時調(diào)節(jié)閥門位置，保證流量的穩(wěn)定。2、所述的太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)放置在測試間的屋頂。測試臺架系統(tǒng)包括金屬支架，太陽能集熱器11和與之相連的蓄熱水箱10組成的太陽能熱水器。太陽能熱水器安裝在金屬支架上。如圖2所示，在蓄熱水箱10進水口的第二電動開關(guān)閥7-2前和蓄熱水箱10出水口分別連接兩路循環(huán)管路，一路循環(huán)管路中連接第三電動開關(guān)閥7-3，第三電動開關(guān)閥7-3 的另一端連接自室內(nèi)恒溫水箱1出水口延伸出的管路；另一路循環(huán)管路中連接有第五水泵 5-5和第六電磁閥8-6，所述的循環(huán)管路與蓄熱水箱10形成自循環(huán)系統(tǒng)，啟動第五水泵5-5 和第六電磁閥8-6、第二電動閥7-2，可以對蓄熱水箱10混水，使蓄熱水箱10內(nèi)水溫均勻一致。自動控制系統(tǒng)可以選擇打開所述的第二電動開關(guān)閥7-2或第三電動開關(guān)閥7-3，實現(xiàn)蓄熱水箱注水或循環(huán)管路水循環(huán)過程。所述的太陽能集熱器11還配置了可移動的自動遮陽裝置12，蓄熱水箱10進出口的溫度傳感器16-3、16-4以及放置在金屬支架低處的風(fēng)幕機13等。同時，屋頂設(shè)有單獨的氣象區(qū)，放置總輻照表17，散射輻照表18，環(huán)境溫度傳感器19，風(fēng)速儀20，分別各自配有支架，單獨安裝，通過可編程控制器PLC采集數(shù)據(jù)信號。所述的自動遮陽裝置12上端安裝有同步電機和遮陽幕布，通過可編程控制器PLC 控制同步電機，打開或收起遮陽幕布。裝置的金屬支架的四個支架腿分別安裝萬向輪，便于裝置定位和移動。當混水測試時，蓄熱水箱10的水溫達到要求后，PLC控制自動遮陽裝置 12自動打開遮陽幕布，遮擋太陽能集熱器11，開始混水測試；當排水測試時，當時間達到設(shè)定值，遮陽幕布自動打開，開始排水測試；自動遮陽裝置保證了集熱器部分測試環(huán)節(jié)無太陽輻射，提高測試的準確性。所述的風(fēng)幕機13安裝在金屬支架低處太陽能集熱器11下方，出風(fēng)角度與太陽能集熱器11傾斜角度一致，保證風(fēng)速在l-3m/s范圍內(nèi)，以滿足測試要求。3、所述的全自動智能控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、順序邏輯控制以及溫度和流量的實時調(diào)控等功能。恒溫水箱1的溫度調(diào)節(jié)的方式分為制冷和加熱兩種溫度高于設(shè)置值時，可編程控制器PLC開啟第三水泵5-3和第三電磁閥8-3，開始制冷循環(huán)，水通過制冷機組3，再回到恒溫水箱1 ；當溫度低于設(shè)定值時，電加熱設(shè)備4對恒溫水箱1的水進行加熱，根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器16-2的實測溫度比較，可編程控制器PLC發(fā)出指令，由可控硅及可控硅觸發(fā)器26進行電流調(diào)節(jié)，實時改變不銹鋼電阻棒輸出功率，達到控溫目的。本發(fā)明通過這兩種方式調(diào)節(jié)，使水溫穩(wěn)定在設(shè)定值士0.觀，滿足實驗要求。所述的液位變送器15-1、15-2分別自恒溫水箱1和蓄水水箱2的頂部開孔處放入至水箱底部，其信號線自水箱頂部引出，與可編程控制器PLC連接，用于監(jiān)測水箱內(nèi)液位高度。當恒溫水箱1的液位高度低于系統(tǒng)設(shè)定的最低液位值時，可編程控制器PLC報警，并啟動第四水泵5-4和第二電磁閥8-2，由蓄水水箱2向恒溫水箱1注水，當蓄水水箱2的水降到PLC設(shè)定的液位高度后，可編程控制器PLC關(guān)閉第四水泵5-4和第二電磁閥8-2，停止注水；當實驗中由于損耗等使得蓄水水箱2水位低于最低限值時，可編程控制器PLC報警提示，可由外部人工注水，形成了液位監(jiān)測報警系統(tǒng)。所有測試管路均纏繞伴熱帶24，防止環(huán)境溫度低于零攝氏度時，管路凍裂，保證系統(tǒng)可以在寒冷季節(jié)做測試。恒溫水箱1的上下及側(cè)面外壁均采用石棉和橡塑保溫材料 21-U21-2進行雙層全面包裹，保證水箱絕熱；管路保溫從恒溫水箱1出口處開始沿管路到屋頂測試臺，至電磁閥8-5之前都采用橡塑保溫材料21-1，在纏有伴熱帶M的鍍鋅管外壁進行雙層全面包裹，使管路絕熱，保證測試精度。在恒溫水箱1和蓄水水箱2的出水口以及制冷機組3的進水口安裝有過濾網(wǎng)23， 保證水在循環(huán)流動過程中不含雜質(zhì)，不損壞設(shè)備；在恒溫水箱1和蓄水水箱2的頂端側(cè)面均設(shè)有溢流口 22，保證測試系統(tǒng)安全性；同時在恒溫水箱1和蓄水水箱2的底部設(shè)置泄水閘閥9-1、9-2、9-3，便于所述的測試系統(tǒng)維修與清洗等。在恒溫水箱出口處和制冷設(shè)備進出口處、管路中及電動閥、電磁閥附近安裝手動閘閥，用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，工作人員可以逐一進行設(shè)備排查，便于系統(tǒng)檢修與維護。本發(fā)明全自動控制系統(tǒng)驅(qū)動電磁閥、水泵、電動開關(guān)閥、電動調(diào)節(jié)閥，電加熱裝置、 自動遮陽裝置，進行信號采集，記錄實驗所需的輻照、溫度、流量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個測試過程的實時控制、監(jiān)測、報警等工作。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)整個測試過程的全自動電子控制。本測試系統(tǒng)可以自動完成國際標準ISO 9459-2家用太陽能熱水器性能測試的三個實驗日性能測試、混水測試和熱損失測試，可編程控制器PLC控制分為以下5個邏輯功能模塊A、恒溫水準備按照設(shè)定的啟動時間，PLC開始調(diào)節(jié)恒溫水箱水溫。若水溫小于設(shè)定值，電加熱設(shè)備4開始調(diào)節(jié)恒溫水箱1的水溫，三組不銹鋼電阻棒觀-1、28-2、觀-3對水進行加熱；若水溫大于設(shè)定值，PLC打開第三電磁閥8-3和第三水泵5-3啟動制冷機組3，將恒溫水箱1的水進行冷卻，PLC通過兩種調(diào)節(jié)方式控制水溫在測試設(shè)定的水溫士0. 2°C范圍內(nèi)。B、管道水預(yù)備循環(huán)在向蓄熱水箱10注水之前，需要將自恒溫水箱出水口至蓄熱水箱進水口間的管路充滿來自恒溫水箱1的恒溫水，并且保證水溫在tmain 士 0.2°C之內(nèi)。開啟電動開關(guān)閥
7-1,7-3,電磁閥8-4、8-5，電動調(diào)節(jié)閥6，再開啟水泵5_2，根據(jù)PLC指令，電動調(diào)節(jié)閥6將實時調(diào)節(jié)閥門位置，保證恒溫水流速為600士501it/hr，待管道內(nèi)溫度傳感器16-5的變化 < 1K，且持續(xù)15min后，停止循環(huán)，先關(guān)閉水泵5-2，再關(guān)閉電動開關(guān)閥7-1、7-3，電磁閥
8-4、8-5，電動調(diào)節(jié)閥6。C、蓄熱水箱頂水開啟電動開關(guān)閥7-1、7_2，電磁閥8-4、8_5，電動調(diào)節(jié)閥6，再開啟水泵5_2，根據(jù) PLC指令，電動調(diào)節(jié)閥6將實時調(diào)節(jié)閥門位置，保證恒溫水流速為600士501it/hr，測試過程需要排放三倍蓄熱水箱容積的水量。如果排放了三倍蓄熱水箱容積水量之后，蓄熱水箱進出口的水溫差大于1K，則要繼續(xù)排放，待蓄熱水箱10進出口水溫差值< 1K，且持續(xù)15min 后，停止循環(huán)，先關(guān)閉水泵5-2，再關(guān)閉電動開關(guān)閥7-1、7-2，電磁閥8-4、8-5，電動調(diào)節(jié)閥6。D、蓄熱水箱混水
先開啟電動開關(guān)閥7-2，電磁閥8-6，再開啟水泵5-5，對蓄熱水箱10內(nèi)的水進行循環(huán)，目的是將蓄熱水箱10內(nèi)的水達到均勻一致的溫度。當蓄熱水箱10出口水溫之差< 1K， 且連續(xù)運行15min，即停止循環(huán)，先關(guān)閉水泵5-5，再關(guān)閉電動開關(guān)閥7_2，電磁閥8_6。E、數(shù)據(jù)采集實時采集測試過程中的各個參數(shù)值，如溫度、流量、輻照等。以下結(jié)合圖4、圖5、圖6描述本發(fā)明控制系統(tǒng)對三個家用太陽能熱水器性能測試實驗的控制步驟流程，以及本發(fā)明的工作過程。1)、日性能測試圖4為日性能測試流程圖。在測試開始前，先設(shè)定初始溫度和系統(tǒng)啟動時間，到達設(shè)定時間后，A.恒溫水準備和E.數(shù)據(jù)采集工作開始，系統(tǒng)進入測試流程。在太陽時正午前5小時30分鐘時，啟動C蓄熱水箱頂水，滿足蓄熱水箱進出口水溫差< 1K，且連續(xù)15分鐘，頂水停止。時間到達太陽時正午前6小時，系統(tǒng)開始測試，收起遮陽幕布，系統(tǒng)運行12小時，太陽時正午前6小時到正午后6小時，記錄以下參數(shù)變化量集熱器采光面上太陽總輻照度；集熱器采光面上太陽散射輻照度；集熱器周圍的環(huán)境溫度； 環(huán)境風(fēng)速。在12個小時的數(shù)據(jù)采集過程中，恒溫水箱始終處于微調(diào)狀態(tài)，通過PLC實時控制電加熱設(shè)備4和制冷機組3，使恒溫水箱維持初始設(shè)定溫度。在蓄熱水箱的熱水排放前，蓄熱水箱進口處的管路水需要通過進口前的管路排出，以保證恒溫水箱出口到蓄熱水箱的進水口的管路水溫與恒溫水箱溫度一致，正午后5個半小時，開啟B.管道水循環(huán)，當管道水溫在連續(xù)15分鐘之內(nèi)，變化量小于1K，則停止循環(huán)。到達太陽時正午后6小時，遮陽幕布打開，將太陽能集熱器采光口遮蓋住，C.蓄熱水箱頂水啟動，恒溫水箱的恒溫水以600士501it/hr的固定流量從蓄熱水箱排出，通過PLC 實時控制電動調(diào)節(jié)閥及控制器6實現(xiàn)排水過程的流量穩(wěn)定。排水法測試過程需要排放三倍蓄熱水箱容積的水量。如果排放了三倍蓄熱水箱容積水量之后，蓄熱水箱進出口的水溫差大于1K，則要繼續(xù)排放，直到兩者溫差小于IK時為止，測試結(jié)束，整個排水過程即是C.蓄熱水箱頂水的過程。2)混水測試圖5為混水測試流程圖。本測試是對系統(tǒng)日性能測試的補充，測試的目的是為了確定在熱水排放過程中蓄熱水箱里熱水和進入蓄熱水箱冷水混合的量。將蓄熱水箱內(nèi)事先預(yù)熱到一定溫度的水排放，從而獲得混合排放曲線。首先設(shè)定系統(tǒng)的啟動時間，達到時間系統(tǒng)開始進入控制邏輯，A.恒溫水準備和 E.數(shù)據(jù)采集開始工作。蓄熱水箱混水前，首先判斷蓄熱水箱的水溫是否達到測試要求的60°C以上，若未達到，則通過恒溫水箱給蓄熱水箱供水，即A.恒溫水準備和C.蓄熱水箱頂水。當蓄熱水箱水溫大于60°C，即可進行混水實驗，即D.蓄熱水箱混水，測試時PLC控制遮陽幕布遮蓋集熱器的采光面?；焖畷r，如果蓄熱水箱出口的水溫，在連續(xù)15分鐘之內(nèi)，變化量小于1K，則認為蓄熱水箱內(nèi)的水溫保持一致，達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時停止循環(huán)。A.恒溫水準備，溫度小于 30°C，先進行B.管道水循環(huán)，完成后開始排水，即C.蓄熱水箱頂水。排水時要求恒溫水以恒定的流量600士501it/hr向蓄熱水箱頂水，通過PLC實時控制電動調(diào)節(jié)閥及控制器6實現(xiàn)排水過程的流量穩(wěn)定。排水測試過程中水箱內(nèi)的水量需要排放出三倍水箱容積的水量。但是如果排放了三倍水箱容積水量后，水箱出口的排放溫度和水箱入口的冷水溫度差值大于1K，則需要繼續(xù)排放，直到兩者溫差小于IK時，測試結(jié)束， 循環(huán)停止。3)熱損失測試圖6為熱損失測試流程圖。熱損失測試前，首先判斷蓄熱水箱的水溫是否達到測試要求的60°C以上，若未達到，則通過恒溫水箱給蓄熱水箱供水，即A.恒溫水準備和C.蓄熱水箱頂水。當蓄熱水箱水溫大于60°C，即可進行混水實驗，即D.蓄熱水箱混水。混水時， 如果蓄熱水箱出口的水溫，在連續(xù)15分鐘之內(nèi)，變化量小于1K，則認為蓄熱水箱內(nèi)的水溫保持一致，達到穩(wěn)定狀態(tài)，則停止循環(huán)。此時將這15分鐘之內(nèi)的平均溫度設(shè)定為水箱的初始溫度。測試時PLC控制遮陽幕布遮蓋集熱器的采光面，避免外界干擾，使蓄熱水箱在12 小時內(nèi)自然冷卻。在整個熱損失測試周期內(nèi)記錄蓄熱水箱周圍的環(huán)境溫度。測試周期結(jié)束后，再次啟動D.蓄熱水箱混水，將蓄熱水箱內(nèi)的水進行循環(huán)，使水箱內(nèi)水溫均勻一致?；焖^程中，當蓄熱水箱出口水溫變化小于IK且持續(xù)15分鐘后，即可認為水箱內(nèi)水溫達到均勻一致，將這15分鐘的水溫平均值作為蓄熱水箱的終了溫度?；焖^程完成，測試結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)，包括太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)，管路系統(tǒng)； 所述的太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)包括安裝在金屬支架上的太陽能熱水器，太陽能熱水器由太陽能集熱器(11)和與太陽能集熱器(11)相連的蓄熱水箱(10)組成；所述的管路系統(tǒng)包括恒溫水箱(1)，與恒溫水箱(1)連接的制冷系統(tǒng)，位于恒溫水箱(1)外部的自循環(huán)系統(tǒng)，以及恒溫水箱底部電加熱裝置，所述的管路系統(tǒng)連接太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)中的蓄熱水箱(10)，并與恒溫水箱、蓄水水箱( 形成回路，其特征在于，所述的太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)還包括全自動智能控制系統(tǒng)；所述的全自動智能控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、順序邏輯控制以及溫度和流量的實時調(diào)控。
2.按照權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的管路系統(tǒng)中，在恒溫水箱(1)的底部開孔處接有管路，此管路通入恒溫水箱(1)頂部的入水口 (25)，此管路中間連接有第一水泵(5-1)和第一電磁閥(8-1)，形成恒溫水箱(1)的自循環(huán)系統(tǒng)，用于混合恒溫水；恒溫水箱(1)右側(cè)壁開有三個開孔，其中右下壁的前后方各開一孔，右側(cè)壁的高處后方開一孔；右下壁的后方開孔處通過管路連接制冷機組(3)的進水口， 此管路中間連接有第三電磁閥(8- 和第三水泵(5-3)；恒溫水箱(1)右側(cè)壁高處后方的開孔與制冷機組C3)的出水口連接，形成制冷循環(huán)回路；所述的恒溫水箱(1)出水口管路連接有第一電動開關(guān)閥(7-1)；所述的蓄熱水箱(10)的進水口前連接第二電動開關(guān)閥(7-2)， 第二電動開關(guān)閥(7-2)的另一端通過管路連接第一電動開關(guān)閥(7-1)；蓄熱水箱(10)的出水口通過管路連接到蓄水水箱O)的上部入水口，管路中間連接第五和第四電磁閥(8-5、 8-4)，形成一路水循環(huán)；所述的恒溫水箱(1)的出水口通過管路連接有第二水泵(5-2)、流量電動調(diào)節(jié)閥及控制器(6)和流量計(14)；所述的管路纏繞有伴熱帶04)；所述的電加熱裝置(4)包括三組三相不銹鋼電阻棒(觀-1、28-2、觀-3)，三組三相不銹鋼電阻棒08-1、觀-2、28-3)間隔120°安裝在恒溫水箱(1)的底部；三組三相不銹鋼電阻棒08-1、觀-2、28-3)的接線端置于恒溫水箱(1)的外部；三組三相不銹鋼電阻棒的a、b、 c三相并聯(lián)后分別與三組可控硅07-1、27-2、27-；3)連接；三組可控硅的接線端與可控硅觸發(fā)器(26)的觸發(fā)極1、2、3對應(yīng)的接線端子(G11、G12，G21、G22，G31、G32)相接，可控硅觸發(fā)器06)的正負控制端與可編程控制器PLC連接，三組可控硅的另一端連接380V供電的 A、B、C三相；所述的管路系統(tǒng)采用兩個溫度傳感器對恒溫水箱(1)的溫度進行控制，其中一個溫度傳感器(16- 安裝在恒溫水箱(1)下部出水口處，用于控溫參考，另一個溫度傳感器 (16-1)安裝在恒溫水箱⑴的中上部，用于故障報警。
3.按照權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)中所述的太陽能集熱器(11)還配有可移動的自動遮陽裝置(12)，所述的自動遮陽裝置 (12)上端安裝有同步電機和遮陽幕布，通過可編程控制器PLC控制同步電機，打開或收起遮陽幕布。
4.按照權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的全自動智能控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC驅(qū)動所述的電磁閥、水泵、電動開關(guān)閥、電動調(diào)節(jié)閥， 電加熱裝置、自動遮陽裝置，實現(xiàn)測試過程的實時控制；恒溫水箱(1)的溫度高于設(shè)置值時，可編程控制器PLC開啟第三水泵(5- 和第三電磁閥(8-3)，開始制冷循環(huán)；當恒溫水箱⑴的溫度低于設(shè)定值時，所述的電加熱裝置⑷ 對恒溫水箱(1)加熱；根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器(16- 的實測溫度比較，可編程控制器 PLC發(fā)出指令，由可控硅及可控硅觸發(fā)器06)進行電流調(diào)節(jié)，實時改變?nèi)M不銹鋼電阻棒的輸出功率，達到控溫目的；恒溫水箱(1)和蓄水水箱O)的底部放置有兩個監(jiān)測水箱內(nèi)液位高度的液位變送器 (15-1、15-2)，液位變送器(15-1,15-2)的信號線與可編程控制器PLC連接；當恒溫水箱 (1)的液位高度低于設(shè)定的最低液位值時，可編程控制器PLC報警，并啟動第四水泵(5-4) 和第二電磁閥(8-2)，由蓄水水箱(2)向恒溫水箱⑴注水；當蓄水水箱(2)的水降到設(shè)定的液位高度后，可編程控制器PLC關(guān)閉第四水泵(5-4)和第二電磁閥(8-2)，停止注水；當蓄水水箱( 水位低于最低限值時，可編程控制器PLC報警提示，由外部人工注水；可編程控制器PLC通過所述的流量計(14)得到實時流量值，與設(shè)定值比較，發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥開啟到指定位置；可編程控制器PLC通過實時監(jiān)測流量變化，隨時調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥閥門位置，保證流量的穩(wěn)定；可編程控制器PLC控制自動遮陽裝置(1 的同步電機，打開或收起遮陽幕布；當混水測試時，蓄熱水箱(10)的水溫達到要求后，可編程控制器PLC控制自動遮陽裝置(1 打開遮陽幕布，遮擋太陽能集熱器(11)，開始混水測試；當排水測試時，當時間達到設(shè)定值，遮陽幕布自動打開，開始排水測試。
全文摘要
一種太陽能熱水器熱性能測試系統(tǒng)，包括管路系統(tǒng)、測試臺架和全自動智能控制系統(tǒng)。所述的管路系統(tǒng)包括恒溫水箱(1)，與恒溫水箱(1)連接的制冷系統(tǒng)，位于恒溫水箱(1)外部的自循環(huán)系統(tǒng)，以及恒溫水箱底部電加熱裝置，所述的管路系統(tǒng)連接太陽能熱水器測試臺架系統(tǒng)中的蓄熱水箱(10)，并與恒溫水箱、蓄水水箱形成回路。所述的全自動智能控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、順序邏輯控制以及溫度和流量的實時調(diào)控。
文檔編號G01M99/00GK102564783SQ20111042561
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月17日
發(fā)明者孔偉強, 李興, 王志峰, 肖寧 申請人:中國科學(xué)院電工研究所